Паровой молот - Steam hammer

О скачке давления, вызванном кинетической энергией движущейся жидкости, см. Гидравлический молот. О других значениях терминов «паровой молот» или «паровой молот» см. Паровой молот.
Паровой молот
Dampfhammer2 brockhaus.jpg
1894 г. иллюстрация различных размеров одно- и двухрамного парового молота.
ПромышленностьМеталлообработка
ЗаявлениеКовка, забивка свай, клепка и т. Д.
Источник топливаДревесина или уголь
ИзобретательФрансуа Бурдон, Джеймс Нэсмит
Изобрел1839
Однокамерный пароотбойный молоток, используемый на Железная дорога Атчисон, Топика и Санта-Фе магазины в Топика, Канзас, 1943

А паровой молот, также называемый молоток, является промышленным силовой молот приводится в движение паром, который используется для таких задач, как формирование поковки и забивные сваи. Обычно молоток прикреплен к поршень который скользит внутри фиксированного цилиндр, но в некоторых конструкциях молоток прикреплен к цилиндру, который скользит по неподвижному поршню.

Концепцию парового молота описал Джеймс Ватт в 1784 году, но только в 1840 году был построен первый действующий паровой молот для нужд ковки все более крупных деталей из железа или стали. В 1843 г. произошел острый спор между Франсуа Бурдон Франции и Джеймс Нэсмит Великобритании над тем, кто изобрел машину. Бурдон построил первую рабочую машину, но Нэсмит утверждал, что она была построена по копии его конструкции.

Паровые молоты оказались неоценимыми во многих промышленных процессах. Технические усовершенствования дали больший контроль над прилагаемой силой, большую долговечность, большую эффективность и большую мощность. Паровой молот, построенный в 1891 г. Bethlehem Iron Company нанес 125-тонный удар. В 20 веке паровые молоты постепенно вытеснялись в ковке механическими и гидравлическими прессами, но некоторые из них все еще используются. Пневматические молоты, потомки первых паровых молотов, все еще производятся.

Механизм

Паровой молот двустороннего действия однокамерный

Паровой молот одностороннего действия поднимается давлением пара, нагнетаемого в нижнюю часть цилиндра, и падает под действием силы тяжести при сбросе давления. В более распространенных паровых молотах двойного действия пар также используется для прижатия плунжера вниз, что дает более мощный удар по штампу.[1]Вес поршня может составлять от 225 до 22 500 кг (от 500 до 50 000 фунтов).[2]Обрабатываемая деталь помещается между нижним штампом, опирающимся на опорный блок, и верхним штампом, прикрепленным к толкателю (молотку).[3]

Молотки могут многократно сотрясаться, что может вызвать разрушение чугунных деталей. Таким образом, первые молотки состояли из нескольких частей, скрепленных вместе болтами. Это удешевило замену сломанных деталей, а также придало эластичность, что снизило вероятность разрушения.[4]

Паровой молот может иметь одну или две опорные рамы. Конструкция с одной рамой позволяет оператору перемещаться по умирает легче, в то время как двойная рама может выдержать более мощный молот. Рама (и) и опорный блок установлены на деревянных балках, которые защищают бетонный фундамент, поглощая удары.[3]Необходим глубокий фундамент, но большой паровой молот все равно сотрясет здание, которое его держит. Это можно решить с помощью парового молота встречного удара, в котором два сходящихся гидроцилиндра приводят в движение верхний и нижний штампы вместе. Верхний гидроцилиндр опускается, а нижний поднимается или поднимается. Эти молотки производят сильные удары и могут делать большие поковки.[5]Они могут быть установлены на фундаменте меньшего размера, чем молоты с наковальней аналогичной силы.[6]Отбойные молотки не часто используются в Соединенных Штатах, но распространены в Европе.[7]

В некоторых первых паровых молотах оператор вручную перемещал клапаны, контролируя каждый удар. В других случаях действие клапана было автоматическим, что позволяло быстро повторять удары молотком. Автоматические молоты могли нанести упругий удар, когда пар амортизировал поршень к концу хода вниз, или сильный удар без амортизации. Упругий удар давал более высокую скорость, но меньшую силу, чем мертвый удар.[8]Были созданы машины, которые могли работать в любом режиме в соответствии с требованиями задания.[9]Силу удара можно было контролировать, изменяя количество пара, подаваемого для смягчения удара.[10]Современный пневмо / паровой молот может наносить до 300 ударов в минуту.[11]

История

Джеймс Ватт (1736–1819) описал концепцию парового молота.

Концепция

Возможность парового молота была отмечена Джеймс Ватт (1736–1819) в своем патенте 28 апреля 1784 г. на усовершенствованную паровую машину.[12]Ватт описал «Тяжелые молотки или штампы для ковки или штамповки железа, меди или других металлов или других предметов без вмешательства вращательных движений или колес, путем фиксации молотка или штампа для такой обработки либо непосредственно на поршне, либо на поршне шток двигателя ".[13]В конструкции Уатта на одном конце деревянной балки был цилиндр, а на другом - молоток. Молот двигался не вертикально, а по дуге круга.[14]6 июня 1806 г. инженер из Суррея У. Деверелл подал патент на паровой молот или штамповщик. Молот приваривался к штоку поршня, содержащемуся в цилиндре. Пар из котла будет попадать под поршень, поднимая его и сжимая воздух над ним. Затем будет выпущен пар, и сжатый воздух заставит поршень опуститься.[13]

В августе 1827 года Джон Хейг получил патент на способ работы кранов и отбойных молотков, приводимых в движение поршнем в качающемся цилиндре, в котором движущей силой была сила воздуха. Частичный вакуум создавался в одном конце длинного цилиндра воздушным насосом, работающим от парового двигателя или какого-либо другого источника энергии, и атмосферное давление загоняло поршень в этот конец цилиндра. Когда клапан менялся, вакуум создавался на другом конце, и поршень двигался в противоположном направлении.[15]Гаага создал молоток этой конструкции для строгания сковород. Много лет спустя, обсуждая преимущества воздуха перед паром для передачи энергии, мы вспомнили, что пневмомолот Гааги «работал с такой необычайной скоростью, что было невозможно увидеть, где он работал, и эффект был больше похож на давая одно непрерывное давление ". Однако регулировать силу ударов не удавалось.[16]

Изобретение

Паровой молот Нэсмита

Кажется вероятным, что шотландский инженер Джеймс Нэсмит (1808–1890) и его французский коллега Франсуа Бурдон (1797–1865) независимо друг от друга изобрел паровой молот в 1839 году, оба пытаясь решить одну и ту же проблему ковки валов и кривошипов для все более крупных паровых двигателей, используемых в локомотивах и гребных лодках.[17]В "автобиографии" Нэсмита 1883 года, написанной Сэмюэл Смайлс, он описал, как возникла потребность в валу лопасти для Исамбард Кингдом Брунель новый трансатлантический пароход СС Великобритания, с валом диаметром 30 дюймов (760 мм), больше, чем любые ранее выкованные. Он придумал дизайн парового молота, сделав эскиз от 24 ноября 1839 года, но немедленная необходимость исчезла, когда была продемонстрирована практичность винтовых пропеллеров и Великобритания был преобразован в этот дизайн. Нэсмит показал свой дизайн всем посетителям.[18]

Бурдон придумал то, что он назвал «Пилоном», в 1839 году и сделал подробные чертежи его конструкции, которые он также показал всем инженерам, посетившим завод на заводе. Le Creusot принадлежит братьям Адольф и Эжен Шнайдер.[18]Однако Шнайдеры не решались строить радикально новую машину Бурдона. Бурдон и Эжен Шнайдер посетили завод Нэсмита в Англии в середине 1840 года, где им показали эскиз Нэсмита, что подтвердило Шнайдеру осуществимость концепции.[17] В 1840 году Бурдон построил первый в мире паровой молот на Schneider & Cie работает в Le Creusot. Он весил 2500 килограммов (5500 фунтов) и поднимался на высоту 2 метра (6 футов 7 дюймов). Шнайдеры запатентовали дизайн в 1841 году.[19]

Нэсмит посетил Ле-Крезо в апреле 1842 года. По его словам, Бурдон отвел его в кузнечный цех, чтобы он мог, как он сказал, «увидеть своего собственного ребенка». Нэсмит сказал: "Вот оно, правда - громадное дитя моего мозга!"[18]После возвращения из Франции в 1842 году Нэсмит построил свой первый паровой молот в своем Патрикрофт литейное производство в Манчестер, Англия, рядом с (тогда новым) Ливерпуль и Манчестер Железнодорожный и Бриджуотер канал.[20]В 1843 году между Нэсмитом и Бурдоном разгорелся спор о приоритете изобретения парового молота. Нэсмит, отличный публицист, сумел убедить многих в том, что он был первым.[21]

Ранние улучшения

Паровой молот Nasmyth & Wilson на Болтонский университет

Первый паровой молот Нэсмита, описанный в его патенте от 9 декабря 1842 г., был построен для Low Moor Works в Брэдфорде, они отказались от машины, но 18 августа 1843 года приняли усовершенствованную версию с самодействующей передачей.[22]Роберт Уилсон (1803–1882), который также изобрел винтовой пропеллер и был менеджером завода Нэсмита в Бриджуотере, изобрел самодействующее движение, которое позволяло регулировать силу удара, наносимого молотком, - критически важное улучшение.[23]Один из первых писателей сказал о снаряжении Уилсона: «... Я был бы более горд, если бы сказал, что я был изобретателем этого движения, а затем сказал бы, что командовал полком при Ватерлоо ...»[22]Паровые молоты Нэсмита теперь могли изменять силу удара в широком диапазоне. Нэсмит любил разбивать яйцо, помещенное в рюмку, не разбивая бокал, за которым следует удар, сотрясавший здание.[20]

К 1868 году инженеры внесли дальнейшие улучшения в первоначальный дизайн. Паровой молот Джона Конди, построенный для Фултона в Глазго, имел неподвижный поршень и движущийся цилиндр, к которому был прикреплен молот. Поршень был полым и использовался для подачи пара в цилиндр, а затем его удаления. Молот весил 6,5 тонны с ходом 7,5 футов (2,3 м).[24]Паровые молоты Конди использовались для изготовления валов Isambard Kingdom Brunel's. СС Грейт Истерн.[25]Быстроходный пневмоударник описан в Журнал Механики В 1865 году появился вариант парового молота для использования там, где мощность пара отсутствовала или требовалась очень сухая среда.[26]

В Боулинг У паровых молотов паровой цилиндр был прикреплен к задней части молота, что уменьшало высоту машины.[24]Они были разработаны Джоном Чарльзом Пирсом, который получил патент на свою конструкцию парового молота за несколько лет до истечения срока действия патента Нэсмита.[27]Мари-Жозеф Фарко of Paris предложил ряд усовершенствований, включая устройство, при котором пар действовал сверху, увеличивая ударную силу, улучшенные клапанные механизмы и использование пружин и материала для поглощения удара и предотвращения поломки.[24][28]Джон Рэмсботтом изобрел двойной молот с двумя ползунами, движущимися горизонтально по направлению к поковке, помещенной между ними.[29]

Используя те же принципы работы, Нэсмит разработал паровой сваебойная машина. При первом использовании в Девонпорт, был проведен драматический конкурс. Его двигатель забил сваю за четыре с половиной минуты по сравнению с двенадцатью часами, которые требовались обычным методом.[30]Вскоре выяснилось, что молот с относительно небольшой высотой падения более эффективен, чем более высокий станок. Более короткая машина могла нанести намного больше ударов за определенное время, забивая сваю быстрее, хотя каждый удар был меньше. Это также привело к меньшему повреждению сваи.[31]

Клепальные машины, разработанные Гарфортом и Куком, были основаны на паровом молоте.[32]Каталог для Великая выставка состоявшаяся в Лондоне в 1851 году, говорила о конструкции Гарфорта: «С этой машиной один мужчина и три мальчика могут клепать с абсолютной легкостью и самым твердым образом со скоростью шесть заклепок в минуту, или триста шестьдесят в час».[33]Другие варианты включали дробилки, чтобы помочь извлекать железную руду из кварца, и молоток, чтобы пробивать дыры в каменоломнях, чтобы удерживать пороховые заряды.[32]В книге 1883 года о современной паровой практике говорится:

Непосредственное применение пара к кузнечным молотам - это, несомненно, величайшее улучшение, которое когда-либо было сделано в кузнечном оборудовании; Он не только упростил операции, которые выполнялись до его изобретения, но он добавил множество ответвлений и расширил искусство ковки до целей, которые никогда не могли быть достигнуты, кроме как с помощью парового молота. ... Паровой молот ... кажется, настолько идеально приспособлен для различных условий силового молота, что, кажется, больше ничего не остается желать лучшего ...[34]

Позднее развитие

Гигант Паровой молот Creusot построен в 1877 г. Schneider et Cie в Le Creusot

В период с 1843 по 1867 год компания Schneider & Co. построила 110 паровых молотов с разными размерами и скоростью удара, но все больше склонялась к созданию более крупных машин, которые соответствовали требованиям, предъявляемым к большим пушкам, валам двигателей и броневым листам, причем сталь все чаще использовалась вместо кованого железа. 1861 г. в строй вступил в строй паровой молот «Фриц». Крупп работает в Эссен, Германия. С 50-тонным ударом долгие годы он был самым мощным в мире.[35]

Есть история, что паровой молот Фриц получил свое название от машиниста по имени Фриц, которого Альфред Крупп представил Император Вильгельм когда он посетил завод в 1877 году. Крупп сказал императору, что Фриц настолько хорошо владел машиной, что мог позволить молотку упасть, не повредив объект, расположенный в центре блока. Император немедленно положил свои часы, усыпанные бриллиантами, на колодку и жестом приказал Фрицу запустить молоток. Когда машинист заколебался, Крупп сказал ему: «Фриц пусть летит!» Он сделал, как ему сказали, часы не пострадали, и император подарил их Фрицу. У Круппа были слова: «Фриц пусть летает!» выгравированы на молотке.[36]

В конце концов Шнайдеры увидели необходимость в молоте колоссальных размеров.[35]В Паровой молот Creusot был гигантский паровой молот, построенный в 1877 г. Шнайдер и Ко. во французском промышленном городе Le Creusot. Обладая способностью наносить удар до 100 тонн, молот Creusot был самым большим и мощным в мире.[37]Деревянная копия была построена для Выставка Universelle (1878) в Париже. В 1891 г. Bethlehem Iron Company из Соединенные Штаты приобрела патентные права у Schneider и построила паровой молот почти идентичной конструкции, но способный нанести 125-тонный удар.[37]

Со временем большие паровые молоты устарели, их заменили гидравлические и механические прессы. Прессы прикладывали усилие медленно и с одинаковой скоростью, обеспечивая однородность внутренней структуры поковки без скрытых внутренних дефектов.[38]Паровой молот Крезо 1877 года теперь стоит в качестве памятника на городской площади Крезо.[38]Оригинальный молот Нэсмита стоит напротив его литейного цеха (ныне «бизнес-парк»). Большой паровой молот Nasmyth & Wilson стоит в кампусе Болтонский университет.

Паровые молоты по-прежнему используются для забивания свай в землю.[1]Пар, подаваемый циркуляционным парогенератором, более эффективен, чем воздух.[39]Однако сегодня чаще используется сжатый воздух, а не пар.[31]По состоянию на 2013 год производители продолжали продавать пневмо-паровые сваебойные молоты.[40]Поставщики кузнечных услуг также продолжают использовать паровые молоты различных размеров, основанные на классических конструкциях.[41]

Смотрите также

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ а б Дас 2010, п. 548.
  2. ^ Каушиш 2010, п. 720.
  3. ^ а б Шарма 2007, п. 239-240.
  4. ^ Винтон и Миллар 1883, п. 50.
  5. ^ Шарма 2007, п. 243-244.
  6. ^ Алтан 2005, п. 137.
  7. ^ Алтан 2005, п. 136.
  8. ^ Винтон и Миллар 1883, п. 52.
  9. ^ Винтон и Миллар 1883, п. 53.
  10. ^ Раджпут 2007, п. 155.
  11. ^ Шарма 2007, п. 243.
  12. ^ Уитлоу 2011.
  13. ^ а б Роулендсон 1875, п. 10.
  14. ^ Бранд и Кокс 1867, п. 593.
  15. ^ Патент предоставлен Джону Хейгу 1827 г..
  16. ^ Гримшоу 1865, п. 331.
  17. ^ а б Chomienne 1888, п. 254.
  18. ^ а б c Бутани 1885, п. 59.
  19. ^ Франсуа БУРДОН: Архив Кот-д'Ор.
  20. ^ а б Нэсмит и Смайлс 1883, п. 259.
  21. ^ Паровой молот Нэсмита.
  22. ^ а б Эванс 2004, п. 58.
  23. ^ Роулендсон 1875, п. 34.
  24. ^ а б c Клуб Артизан (Великобритания) 1868 г., п. 301.
  25. ^ Конди 1860, п. 142.
  26. ^ Гримшоу 1865, п. 329.
  27. ^ Кадворт 1891, п. 234.
  28. ^ Патентное бюро 1871 г., п. 1900 г.
  29. ^ Томкинс 1878 г., п. 343.
  30. ^ Нэсмит и Смайлс 1883, п. 263.
  31. ^ а б Раджапаксе 2011, п. 350.
  32. ^ а б Клуб Артизан (Великобритания) 1868 г., п. 302.
  33. ^ Великая выставка 1851 года: официальный каталог.
  34. ^ Винтон и Миллар 1883, п. 51.
  35. ^ а б Фогель и Шайт 1981, п. 2.
  36. ^ Фриц Лети 1884.
  37. ^ а б Фогель и Шайт 1981, п. 3.
  38. ^ а б Фогель и Шайт 1981, п. 4.
  39. ^ Венкатрамайя 1995, п. 759.
  40. ^ Одиночные / действующие молоты Vulcan.
  41. ^ Молоты: Scot Forge.

Источники

внешняя ссылка